SIMOCODE在甲醇裝置中的應用及改造

徐思友

摘 要 本文主要介紹新型電機保護系統SIMOCODE pro 3UF7的主要功能及組成。闡述了基于Profibus-DP總線的智能型電機控制系統的構成及應用，并歸納調試與實際運行中出現的一些問題的處理。

【關鍵詞】SIMOCODE Profibus-DP UVO 調試改造

SIMOCODE pro常用于設備停機代價非常昂貴的工廠。我公司甲醇二期項目年產80萬噸甲醇，于2012年投產，全廠約90%的低壓電機使用SIMOCODE pro 3UF7作為電機控制單元。筆者有幸參與了低壓電機的調試工作，根據項目實際應用經驗，談一下SIMOCODE在甲醇項目中的應用及問題處理。

1 SIMOCODE pro 3UF7系統組成和功能

1.1 系統組成

甲醇二期項目中采用的SIMOCODE型號為3UF7，具體又分為pro C和pro V兩種。項目中采用的是pro V型，它具備SIMOCODE pro C的功能外還可連接多達5個可選擴展模塊，適用于信息量比較大的電機控制單元。如圖1所示，電機控制系統由電流/電壓測量模塊、基本單元、擴展模塊、操作員面板和通訊網絡組成。各部件主要作用如下：

（1）電流/電壓測量模塊作為系統的必選模塊，除檢測電機運行電流外，還可以：監視高達690V的電壓、分析和監視功率及功率因素、監視相序。模塊通過一條可提供電源的連接電纜接到基本單元上。

（2）基本單元是系統的必須組件，主要由負責控制和保護功能的中央處理單元組成，它包括連鎖功能、運行計算、診斷、統計數據、自動控制及電機回路之間的通訊（Profibus-DP）等。保護功能有過載保護、相不平衡保護、過熱保護、堵轉保護等。

（3）開關量模塊可在需要時進一步增加基本單元上開關量輸入和繼電器輸出類型和數量。開關量模塊由220V AC供電，配置有4個輸入端，2個雙穩態繼電器輸出端。

（4）操作員面板通常集成在基本單元的前面板上，通過專用RS232數據線與基本單元進行連接，面板上包括5個可自由定義的按鈕及7個可自由定義的LED顯示燈。另外可以通過SIMOCODE ES軟件將便攜式PC連接到操作員面板，以便在本地對過程數據進一步分析。

1.2 實際應用

下面以項目中的典例對系統控制進行進一步說明。如圖1為本項目采用的抽屜柜內部結構，基本單元的輸入端9、10、4分別為斷路器開關狀態、運行狀態、抽屜狀態；開關量模塊輸入端23、24、26、27分別為就地啟動/停止、遠程DCS啟動/停止、遠程位置；輸出端21為電機驅動。從圖中可以看出，現場操作柱SA在就地位置時操作柱上按下SB1，開關量模塊輸入端23置1，開關量模塊輸出端21輸出為1，使接觸器線圈KM得電，電機啟動；操作柱開關SA在遠程位置時，由儀表DCS信號控制電機啟停。KM線圈并聯阻容吸收元件，以避免電機分合閘時高電壓損壞模塊。基本單元輸入端A、B為RS485通訊線端子，通訊采用Profibus-DP協議。

2 參數化軟件SIMOCODE ES應用

SIMOCODE ES是SIMOCODE pro 3UF7配套的參數設置軟件，通過安裝了該軟件的PC的RS232口與操作員面板的系統接口連接，可以對SIMOCODE pro 3UF7進行點對點的通訊，進行在線的參數設置、操作、監測以及程序上的上載、下裝等功能，還可以監測設備狀態，讀取各種統計數據，如啟動次數、運行時間等。該軟件圖形方式編程，直觀簡單，界面友好。

3 SIMOCODE在調試及運行過程中出現的故障及改造

3.1 故障現象

在功能調試時發現所有初始原理圖（如圖1）都無法實現直流晃電和交流晃電功能。

（1）當運行著的電機回路斷開綜保的工作電源DC220V時，此時電機保持運行狀態，當再次送上其工作電源時，電機回路跳閘。

（2）當運行著的電機回路出現交流晃電時，SIMOCODE標準功能—電壓故障監視（UVO）功能，無法保證電機按技術附件要求實現相應的自動重起和分批自啟動功能。

3.2 原因分析

（1）直流晃電時，由于擴展模塊上的OUT1是雙穩態特性的，所以斷開直流電后電機仍然還能保持運行狀態。當斷電后再次上電時，SIMOCODE綜保執行初始化操作，這個過程會復位掉控制接觸器的變量“contactor control—1 QE1”；這樣定義為contactor control—1 QE1的擴展模塊輸出OUT1也就因為源為0而變為0，即使OUT1是雙穩態的，因為源發生了復位，接著導致接觸器跳閘。

（2）經過多次多次調試和研究發現，交流晃電時，要保證SIMOCODE綜保的電壓故障監視（UVO）標準功能的使用條件有兩個：①SINOCODE工作電源有效，②晃電時不能有因為電壓消失而出現有停命令給綜保。因此當交流晃電發生時，控制電壓AC220V欠壓或者消失，綜保工作電壓DC220V仍然存在；用常閉點做停車命令的原理圖的控制回路此時相當于給綜保發出了一個停車命令。當電壓恢復時，綜保認為是正常停車而不執行自動重起功能。

（3）交流晃電時，當把UVO功能里面的restart time delay設置成零時該功能只具有抗晃電功能，當把UVO功能里面的restart time delay設置成有時間延時時，發現大概在0～1S的晃電立即自動重起，在1S外的晃電就按設置的時間延時開始自動重起。而按照我們技術附件的要求事故段的電機是在0～2S內的晃電立即重起，2S外的晃電就按設置的時間延時自動分批啟動。所以事故段上電機的UVO功能沒辦法同時滿足晃電和分批自啟動的要求。

3.3 改造處理

改造后的圖紙如圖2所示，這里仍然以事故段上電機J443A為例加以說明。

（1）針對抗直流晃電，我們增加一個繼電器KA用于發出一個總停的命令，并將接于運行指示燈的KM常開點與驅動輸出OUT1并聯以實現抗直流晃電能力。

（2）針對交流晃電，上述分析已指出，由于儀表來的停車信號點是常閉點，標準UVO功能無法實現自動重起。我們解決辦法是利用綜保里面的資源自己開發一小段程序以實現抗晃電功能。主要思路如下：我們仍然定義標準的UVO功能，以用來判斷晃電恢復時間發生在立即啟動的時間內，這樣晃電時間超過其定義的時間時就會報一個UVO故障的警，以利于我們做立即啟動和分批自啟動的程序分界點；在這里UVO功能只起了一個定時器的作用。如果檢測到了KM的下降沿同時出現了低電壓我們則認為發生了晃電情況，且認為是因為晃電原因導致運行的電機被晃停。但是在調試中發現有時候發生電壓瞬間跌落到接觸器的釋放電壓以下時，接觸器立即釋放，但接觸器釋放后，最多要到0.8S綜保才能檢測到了低電壓，而且當晃電發生在0.3S以內時，綜保根本無法識別發生過晃電。

因此程序做如下編寫：

①在0.3S以內的晃電，我們用一個和KM同時閉合，但分閘時延時0.3S斷開的時間繼電器常開點作為控制站中電機的一個啟動命令，這樣晃電發生在0.3S內的晃電就能立即啟動，但是另外一個要注意的就是我們正常的停車命令脈沖的寬度必須大于0.3S，否則就停不下來。和儀表溝通知道儀表停車脈沖寬度是2S，符合要求。對于手動停車我們也必須保證脈沖寬度大于0.3S，當然這不能指望操作工去執行按鈕按住0.3S以上的時間，所以我們在內部又作了一個小程序，就是當手動停車脈沖一到來，就用其去置位一個信號發生器，再用這個信號發生器去作為停車命令，這樣停車命令就一直存在，如果要啟動電機，則用就地和遠方啟動命令的或門去復位剛才用手動停車脈沖置位的信號發生器，這樣啟動命令就可以執行。

②針對0.3～2S內的晃電，我們自制程序重新發一個啟動命令。即，當接觸器釋放后的0.8S內如果綜保檢測到低電壓我們則認為晃電停機，如果在UVO功能里設置的時間內電壓恢復正常則發出啟動命令。

③針對事故段上需要分批自啟動的電機，另外增加一臺S7-200PLC來實現分批自啟動，這樣就要求從抽屜這邊將運行狀態點接去PLC作為狀態判斷。PLC接過來一個分批自啟動命令點，同時控制回路增加一塊擴展模塊。

4 安裝調試注意事項

安裝調試SIMOCODE pro 3UF7電機控制系統時需要注意以下幾點：

（1）主從站在通信之前，要確認Profibus-DP總線電纜連接可靠并正確相連，可通過上位機總線連接板上的指示燈或SIMOCODE pro基本單元上的BUS燈判斷。

（2）SIMOCODE基本單元上的DEVICE綠燈閃爍或不亮，說明硬件存在故障。

配置SIMOCODE系統硬件時，選擇電流檢測模塊電流范圍必須與實際相符，否則會故障報警。

（3）Profibus-DP總線傳輸波特率不能設置太高，因總線采用T型方式端子連接，線路較長，高波特率會出現斷網情況。

（4）電機主回路接觸器的線圈最好并聯阻容吸收元件，否則電機分合閘時高電壓可能損壞基本單元。

（5）在每個網段末端處最好接上有源終端電阻，這樣在末端的SIMOCODE基本單元出現故障斷電后才不會影響整個網路的通訊。

5 結束語

自項目改造投產以來SIMOCODE電機管理系統一直都穩定運行，這種靈活的模塊化電機管理系統取代了傳統的復雜電器電路，節省了投資而且大大提高了系統的可靠性和自動化水平，故障率大幅降低，減少停產時間，為公司創造了極大的經濟效益。

參考文獻

[1]廖長初.S7-300/400 PLC應用技術[M].北京：機械工業出版，2012.

[2]廖長初.西門子工業通信網絡組態編程與故障診斷[M].北京：機械工業出版，2009.

[3]http：//www.ad.siemens.com.cn.